Отчет Неэмпирический расчет молекулы СH3Cl
.doc
Министерство образования и науки Российской федерации
Федеральное агентство по образованию
РХТУ им. Д.И Менделеева
Лабораторная работа № 1
«Неэмпирический расчет молекулы СH3Cl»
Выполнил:
Проверил(а):
Москва 2018 г.
1.ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ РАСЧЕТА.
Целью данной работы является изучение основных принципов работы при проведении квантово-химического расчета в программном комплексе GAMESS. Особенности выбора базисного набора и расчетного метода, оптимизация геометрии. Изучение методов интерпретации расчета и представления молекулы в виде вектора свойств на их основе.
Задача расчета: выбрать наименьший из возможных оптимальный базис для неэмпирического расчета длин связей и валентных углов исследуемой молекулы по программному комплексу GAMESS. На основании результатов расчета оценить стабильность и факторы, определяющие реакционную способность этой молекулы.
2. ХАРАКТЕРИСТИКА И ОБОСНОВАНИЕ МЕТОДА РАСЧЕТА.
Расчет молекулы CH3Cl осуществлен по программному комплексу GAMESS в стандартном базисном наборе Попла 6-31G*. Этот базис является валентно-расщепленным, это значит, что валентные МО представлены линейными комбинациями 2 сжатых комбинаций гауссовых орбиталей, остовные МО – 1-й. На каждом неводородном атоме также центрировано по 6 компонент поляризационных d-функций. Таким образом, базис для расчета молекулы CH3Cl состоит из 40 функций:
1*C(1(1s) + 2*4(2s + 2p) + 6(3d)) = 15
1*Cl (1(1s) + 4(2s + 2p) + 2*4(3s + 3p) + 6(3d)) = 19
3*H(2*1(1s)) = 6
Σ = 15 + 19 + 6 = 40
Базис 6-31G* является наименьшим из возможных базисов для расчета длин связей и валентных углов молекулы CH3Cl с экспериментальной точностью. Добавление поляризационных d-функций необходимо для учета особенностей интерференции электронных оболочек атомов галогенов при образовании химической связи (поляризация за счет сильной ЭО атомов Cl и H).
3. ИНТЕРПРЕТАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ РАСЧЕТА.
1. Оценка стабильности молекулы.
Энтальпия образования молекулы CH3Cl из простых веществ равна:
fH0 (CH3Cl) = E(CH3Cl) – 1/2E(C2) – 1/2E(Cl2)– 3/2E(H2) = - -499.074149+ ½*918.91282 + 3/2*1+ ½*75.37903 = -0,428185 а.е. = -26,868 ккал/моль = - 1124,199 кДж/моль
Вывод: Молекула CH3Cl стабильна в стандартных условиях.
2. Свойства связей молекулы CH3Cl.
Уточненная геометрия и порядки связей молекулы CH3Cl:
Связь Å порядок связи C-CL 1.785 0.942 H-C 1.078 0.936 |
Валентный угол CL/С\H 110.0 |
Валентность атомов по Коулсону в молекуле CH3Cl:
ATOM ВАЛЕНТНОСТЬ
1 CL 0.915
2 C 3.749
3 H 0.907
Сопоставляя длину связей в молекуле CH3Cl с их порядком и валентностью атомов, можно сделать вывод: Связи в молекуле CH3Cl ковалентные.
3. Энергетическая диаграмма (а.е.):
4.Определение нуклеофильных и электрофильных свойств молекулы CH3Cl.
Энергия ВЗМО молекулы CH3Cl отрицательна (-0.4348 а.е.).
Вывод: Молекула CH3Cl -- электрофил.
5. Определение жесткости и мягкости молекулы.
Энергетическая щель между ВЗМО и НВМО составляет +0.1948 -(-0.4348) = 0,6296 а.е. =
= 17,133 эВ > 1 эВ, соответственно, реагент является жёстким.
Вывод: Молекула CH3Cl является жестким реагентом.
Жесткость молекулы CH3Cl:
= (ЕНВМО – ЕВЗМО) = ½(0.1948 + 0.4348) = 0.3148 а.е. = 8,566 эВ
6. Определение положения реакционных центров.
Реакционная способность молекулы CH3Cl как жесткого реагента определяется зарядами на атомах. Распределение зарядов на атомах по Малликену следующее:
ATOM ЗАРЯД
1 CL -0.109319
2 C -0.535630
3 H 0.214983
Вывод: Электрофильная атака будет протекать по атому углероду, нуклеофильная - по атомам водорода.
7. Оценка растворимости.
Электрический дипольный момент молекулы CH3Cl имеет величину 2.246286 D.
Вывод: Молекула CH3Cl растворима преимущественно в сильно полярных растворителях.